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2013
03.13

[What if]第21期——喷弹式飞行背包

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本文作者：一起剥坚果

原作：http://what-if.xkcd.com/21/

翻译：junglerubik

校对：fall_ark

有没有可能用向下射击的机枪来做出一个飞行背包？——Rob B

其实可以！得到这个结论时我有点吃惊，不过真要把它造出来，你得跟俄国人谈谈。

这里所需的物理原理其实很简单。如果你朝前开一枪，那就会受到向后的后坐力。所以如果你向下射击，那后坐力会把你往天上推。

第一个需要回答的问题是：“一把枪能推动自身重量么？”如果一把重10磅的机枪在射击时只能产生8磅的后坐力，那它就不可能把自身推离地面，更不用说再加上一个人了。

在工程领域，一个飞行器的推力与其自重的比率叫做推重比。如果它小于1，那这个飞行器就不可能飞得起来。土星5号运载火箭的起始推重比大概为1.5。

尽管我是在美国南部长大的，但我并不是什么枪械专家。所以，为了回答这个问题，我就去请教了一位住在德克萨斯州的哥们。（从他们在自家储备着的可供我测试的弹药数量来看，显然德克萨斯已经是一个略带《辐射》风格的末日后战地了）

测试表明,AK47的推重比大概为2。这意味着如果你把AK47枪口朝下立起来并设法用胶带绑住扳机（注意：请，哦不跪求不要在家中这样玩），它就会在射击中腾空而起。

这并不是所有机枪都能做到的。比如说M60，应该就不能产生足够的后坐力将其推离地面。

火箭（或者正在射击的机枪）的推力大小取决于（1）它向后抛出的质量有多少，以及（2）它以多快的速度抛出那些质量。推力的大小就是下面这两个量的乘积。

推力=单位时间内喷出的质量×喷射速率

如果一把AK47每秒射出10发8克速度为715米每秒的弹头，那它产生的推力将是：

因为AK47装弹后仅重10.5磅，所以它能飞起来并加速上升。

实际情况中，真正的推力会比这多30%左右，因为枪支并不只是吐出弹头——它也在吐出热气以及爆炸碎片。不同的枪支和子弹所产生的额外推力也不同。

（注：弹头和子弹并不相同，子弹由药筒、底火、发射药、弹头构成）

弹头射出后剩下的空弹壳是被抛弃还是留在枪里也会影响整体效果。我问我的德克萨斯哥们是否能称一些弹壳的重量好让我计算，但他们在房子里竟一时找不到秤。我好心提醒他们：就凭你们军火库的规模，找个有秤的（以及最好没那么多军火的）人去“借”一下不就好了。

那么，上面这些对我们的飞行背包意味着什么呢？

AK47虽然能飞起来，但显然多余的推力不足，最多带上只松鼠就差不多了。

我们当然可以多用几枝枪。如果你双持AK对着地板射击，那就能得到两倍的推力。如果每把枪可以抬起自重外加5磅的重量，那两把枪就能抬起10磅。

顺着这样的思路，我们显然会造出下面这种东西：

如果使用步枪足够多，那乘客的重量就变得无关紧要了。分散到每把枪上的重量几乎可以忽略。当步枪的数量增加，因为这实质上只是让许多相同的步枪平行着飞，所以这个飞行器的推重比将趋近于没有负重的一把步枪的推重比：

但是这里有一个问题：弹药数量。

AK47的弹夹每个有30发子弹。以10发每秒的射击速度，我们只能有区区3秒的加速时间。我们可以通过更换更大的弹夹来改善这一处境——但那也有其极限。

因为，一旦携带的子弹超过250发就不会再有任何好处了，其理由是火箭科学中一个基本且核心的问题：“燃料会让你变得更重”。

一颗弹头只有8克重，一枚子弹（“完整的子弹”）却超过16克。如果携带的子弹多于250发，那AK47就重得飞不起来了。

这说明我们的飞行器最好是由大量的（最少需要25枝但最好有300枝以上）各携带250发子弹的AK47组成。这样的飞行器最多能垂直加速到约100米每秒的速度，爬上至少500米的高度。（如果你想仔细算一算，这里有个很好的指南）

所以我们已经回答了Rob的问题。如果枪够多的话，我们是能飞起来的。

但是这个由500把AK47所组成的装置显然不是一个实用的飞行背包。能改进得更好么？

我的德克萨斯哥们推荐了一系列机枪，我也一一做了评测。有些机枪表现出众。比如MG-42这把重机枪的推重比就比AK47高一点。

接下来就得用更大的东西了。

复仇者GAU-8在一秒钟内就能射出60发重达1磅（约450克）的子弹，产生近5吨的后坐力。A-10雷电攻击机的一对引擎每个只能产生4吨的推力，却配备有这样的机炮，想想就觉得疯狂。如果你在一架飞机上装两台这样的机炮，一起向前开火的同时油门全开，那么赢的会是机炮，你会向后加速。

【图片出处：http://walloftvs.blogspot.com/】

换一种说法：如果我在我的车上装一台GAU-8，把车挂成空挡，在静止状态下向后开火，那我在三秒内就会超速。

这杆枪已经厉害得能当火箭发动机了，而俄国人造了一台更厉害的。Gryazev-Shipunov GSh-6-30 只有GAU-8的一半重，却有更快的射速。它的推重比几乎达到40，这意味着如果你用它对着地面来一发，它不但会在急速四散的致命金属碎片雾中飞起，更会让你体验到40g的加速度（1g=9.806 65m/s²）